JP2001168610A - フィルタ、デュプレクサおよび通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 縁端効果による電力損失を極めて効果的に抑
え、しかもその電力損失の低減効果を阻害しない共振器
と入出力部との結合構造を備えた、フィルタ、デュプレ
クサおよび通信装置を得る。 【解決手段】 誘電体基板１の上面に複数組の多重スパ
イラル線路による共振器を設け、所定の多重スパイラル
線路の形成領域の中央部に各線路の内周端との間で静電
容量で結合する結合パッド９ａ，９ｂを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、無線通信や電磁
波の送受信に利用される、たとえばマイクロ波帯やミリ
波帯におけるフィルタ、デュプレクサおよび通信装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ波帯やミリ波帯で用いられる共
振器としては、特開昭６２−１９３３０２号公報に記載
のヘアピン共振器が知られている。このヘアピン共振器
は直線状の線路による共振器を用いる場合に比べて小型
化できるという特徴を備える。

【０００３】また、小型化を図ることができる別の共振
器として特開平２−９６４０２号公報に記載のスパイラ
ル共振器が知られている。このスパイラル共振器は、共
振器線路をスパイラル形状とすることによって、同一占
有面積内に長い共振線路を構成し、また共振用コンデン
サを設けることによって全体にさらに小型化を図ること
ができるという特徴を備える。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
共振器は、１つの半波長線路にて１つの共振器を構成し
たものであった。したがって、従来の共振器は電気エネ
ルギーが集中して蓄積される領域と磁気エネルギーが集
中して蓄積される領域とがそれぞれ誘電体基板の特定の
領域に分離されて偏在する。具体的には、半波長線路の
開放端部近傍に電気エネルギーが蓄積され、半波長線路
の中央部近傍に磁気エネルギーが蓄積される。

【０００５】このような、１つのマイクロストリップ線
路により構成される共振器では、マイクロストリップ線
路が本質的に持つ縁端効果による特性劣化を免れないと
いう難点があった。すなわち線路の断面を見た場合に、
線路の縁端部（幅方向の両端、および厚み方向の上端・
下端）に電流が集中する。この電流集中による電力損失
を抑えるために、例えば線路の膜厚を厚くしても、電流
集中の生じる縁端部が広がる訳ではないため、無意味で
あり、縁端効果による電力損失の問題は必ず生じる。

【０００６】この発明の目的は、縁端効果による電力損
失を極めて効果的に抑え、しかもその電力損失の低減効
果を阻害しない共振器と入出力部との結合構造を備え
た、優れた損失特性を有するフィルタ、デュプレクサお
よび通信装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、 この発明に係るフィルタは、それぞれスパイラ
ル状の複数の線路の両端を、基板上の所定点の周囲で前
記集合体の実質的な内周上と外周上とにそれぞれ分布さ
せて、前記複数の線路を互いに交差しないように配置し
て成る共振器と、前記複数の線路の配置領域の中央部
に、該複数の線路に静電容量で結合する結合パッドを形
成する。

【０００８】また、それぞれスパイラル状の複数の線路
を、互いに交差しないように、基板上の所定点を中心と
する回転対称位置にそれぞれ配置して成る共振器と、前
記複数の線路の配置領域の中央部に、該複数の線路に静
電容量で結合する結合パッドを形成する。

【０００９】また、各線路は、一方の軸を角、他方の軸
を動径とする極座標表現において単調増加または単調減
少する線で表される、基板上に配置された複数の線路の
集合体であり、各線路の線幅が２πラジアンを線数で割
った値以内の角幅に収まり、前記集合体全体が任意の動
径において常に２πラジアン以内の角幅に納まるよう
に、各線路を基板上に配置して成る共振器と、前記複数
の線路の配置領域の中央部に、該複数の線路に静電容量
で結合する結合パッドを形成する。

【００１０】このような構造によって、ある１つのスパ
イラル状の線路に隣接してほぼ同形状のスパイラル状の
線路を隣接配置する。従って、ミクロで見た物理的な端
部は実際に存在し、それぞれの線路の端部に弱い縁端効
果が生じるが、これらの複数の線路の集合体を１つの線
路としてマクロで見たとき、言わば或る線路のたとえば
右隣に自分と合同の線路の左側の縁端部が隣接すること
になり、線路の幅方向の端部というものが無くなる。
（端部の存在が希薄となる。）このようにして線路の縁
端部における電流集中を極めて効率的に緩和し、全体の
電力損失を抑制する。

【００１１】しかも、前記複数の線路の配置領域の中央
部に形成した結合パッドを、前記複数の線路のすべての
線路に等しく容量結合（静電容量で結合）させて、各線
路の共振周波数をすべて揃え、より小さな損失で結合を
とる。

【００１２】また、 この発明に係るフィルタは、前記
結合パッドを前記複数の線路の形成面と同一面に形成す
る。これにより結合パッドと線路とを実質上同じ工程で
基板上に形成できるようにし、その製造を容易にする。

【００１３】また、この発明に係るフィルタは、 前記
結合パッドを前記複数の線路の一部に重なる範囲に設
け、且つ該複数の線路との間に誘電体を介在させる。こ
の構造により、結合パッドと各線路と間に生じる静電容
量を大きくし、強く容量結合できるようにする。また、
その分結合パッドを小さくできるようにする。その結
果、フィルタ設計上の自由度を高める。

【００１４】また、この発明に係るフィルタは、前記基
板上に積層する他の基板に信号入出力端子を設け、該信
号入出力端子に導通する電極と前記結合パッドとをバン
プを介して接続する。この構造により、前記複数の線路
を形成した基板と、信号入出力端子を設けた基板とを積
層するだけで、結合パッドと入出力端子との電気的接続
を確保できるようにし、全体に限られた空間内にフィル
タを構成することで小型化を図る。

【００１５】また、この発明に係るデュプレクサは、上
記フィルタを送信フィルタもしくは受信フィルタとし
て、またはその両方のフィルタとして用いて構成する。
これにより低挿入損失で小型のデュプレクサを得る。

【００１６】さらに、この発明に係る通信装置は、上記
フィルタまたはデュプレクサを用いて通信装置を構成す
る。これにより、高周波送受信部の挿入損失を低減し
て、雑音特性、伝送速度等の通信品質を向上させる。

【００１７】

【発明の実施の形態】先ず、この発明に係るフィルタで
用いる共振器の原理について図１〜図１０を参照して説
明する。図１の（Ｂ）は共振器の構成を示す上面図、
（Ｃ）は断面図、（Ｄ）は部分拡大断面図である。誘電
体基板１の下面には全面のグランド電極３を形成してい
て、上面にはそれぞれ合同である、両端開放のスパイラ
ル状の８本の線路２を、互いに交差しないように、それ
ぞれの線路の一端と他端を基板上の所定点（中心点）の
周囲に配置している。（Ａ）はそれらの８本の線路のう
ち１つの線路を代表させて示している。これらの線路の
幅は表皮深さに略等しい幅としている。

【００１８】図２は図１に示した８本の線路の形状を極
座標のパラメータを用いて示したものである。この例で
は８本の線路のそれぞれの内周端の動径ｒ１および外周
端の動径ｒ２は一定であり、それぞれの端部の角度方向
の位置を等間隔に配置している。既に述べたように、任
意の動径における線路の左端の角がθ１、右端の角がθ
２であるとき、１つの線路の角幅をΔθ＝θ２−θ１で
表す。ここで線数ｎ＝８であるので、１つの線路の角幅
ΔθをΔθ≦２π／８（＝π／４）ラジアンの関係とす
る。また、任意の動径ｒｋにおける線路集合体全体の角
幅θｗを２πラジアン以内とする。

【００１９】これらの線路は相互誘導および静電容量に
より結合して、１つの共振器（共振線路）として作用す
る。

【００２０】尚、上記ｒ１，ｒ２は必ずしも一定である
必要はなく、また等角度に配置しなくてもよく、さらに
は各線路が合同である必要もない。但し、後述するよう
に、特性面および製造の容易性の面で、ｒ１，ｒ２を一
定とし、合同の線路を等角度に配置する方が望ましい。

【００２１】図３はそれぞれスパイラル状の複数の線路
を配置した線路パターン（以下、この集合体を「多重ス
パイラル線路」と言う。）における電磁界および電流の
分布の例を示している。図３における上段は多重スパイ
ラル線路の平面図であるが、個々の線路を分離せずに塗
り潰して表している。同図の中段は線路の内周端と外周
端におけるチャージが最大の瞬間における多重スパイラ
ル線路のＡ−Ａ部分の断面での電界および磁界の分布を
示している。また、下段はその瞬間における同断面での
各線路の電流密度および線路の間隙を通る磁界のｚ成分
（紙面に垂直な方向）の平均値をそれぞれ示している。

【００２２】ここで各線路をミクロ的に見れば、図に示
すようにそれぞれの縁端部において電流密度が大きくな
るが、動径方向の横断面で見た時に、１つのスパイラル
状線路の左右両端に一定の間隙をおいて同程度の振幅と
位相を持った電流の流れる導体線路が配置されるため、
縁端効果が緩和される。すなわち多重スパイラル線路を
１つの線路と見た場合に、内周端と外周端が電流分布の
節、中央が腹となるほぼ正弦波状に分布し、マクロ的に
は縁端効果が生じない。

【００２３】図４は比較例であり、図３に示した各線路
の線路幅を表皮深さの数倍の幅にまで広げた場合につい
て示している。このように線路幅を広げると、図に示す
ように各導体の縁端効果による電流集中が顕在化し、損
失低減効果は小さくなる。

【００２４】図３および図４に示したような電磁界分布
は本来３次元解析を行わなければ得られないが、その計
算量は膨大なものとなるため、厳密な解析は実際上困難
である。ここでは、振幅と位相の与えられた複数の線電
流源の作る磁界分布について静磁界解析を行った結果を
示す。

【００２５】〈解析モデル〉図５は複数の線電流源の解
析モデルであり、マイクロストリップ多線線路の断面図
として示している。

【００２６】モデル１（電流が同位相および同振幅で分
布するモデル） ｉ_k ＝Ａ／√２，（ｋ＝１，２，・・・ｎ） モデル２（電流の位相が０〜１８０°、振幅が正弦曲線
で分布するモデル） ｉ_k ＝Ａ sin｛（２ｋ−１）π／２ｎ｝，（ｋ＝１，
２，・・・ｎ） 〈磁界分布の計算〉断面内の磁界分布の計算はビオ・サ
バールの法則により行う。

【００２７】ｘｙ面上の座標（ｐ）を通り、ｚ方向に無
限に続いて流れる線電流源のつくる磁界ベクトルは、次
式で表される。

【００２８】

【数１】

【００２９】これにより、この解析モデルにおける複数
の線電流源のつくる磁界分布は次式で計算される。

【００３０】

【数２】

【００３１】ここで ｐ _k ^(m) はグランド電極を対称面
とするｐ_k の鏡像位置の座標である。また電流が逆向き
に流れるために第２項には負号がつく。

【００３２】〈計算例〉 設定条件 多線線数：ｎ＝２０ 合計線幅：ｗｏ＝０．５ｍｍ 基板厚さ：ｈｏ＝０．５ｍｍ 線電流源の座標 ｘ_k ＝〔｛（２ｋ−１）／２ｎ｝−（１／２）〕ｗo ｙ_k ＝ｈo （ｋ＝１，２，・・・，ｎ） 図６はモデル１とモデル２について磁界の強度分布を示
している。図において縦方向の補助線は多線線路群の端
部、横方向の補助線は基板界面である。この結果から、
モデル２（正弦分布）のほうが、ｘ，ｙの両方向におい
て等高線が密に混んでいないことが判り、モデル２のほ
うが、同じ磁界蓄積エネルギーであるときに表面電流が
小さく、電力損失が小さいことが判る。

【００３３】また、図７は磁界のｘ成分の分布について
示している。図において縦方向の補助線は多線線路群の
端部、横方向の補助線は基板界面である。この図から、
モデル２の方がアイソレーションがよく、隣接共振器を
配置してフィルタなどを構成する場合など集積化に好都
合であることが判る。

【００３４】さらに、図８は磁界のｙ成分の２次元分
布、図９はその１次元分布をそれぞれ示している。図８
において縦方向の補助線は多線線路群の端部、横方向の
補助線は基板界面である。この結果から、モデル２の方
が、電極縁端部における磁界集中が小さく、大幅に縁端
効果が改善され、損失特性に優れることが判る。

【００３５】以上に述べたような多重スパイラル線路に
よる縁端効果の抑制効果は、線路上の任意の点において
最短距離にある左右の隣接線路との電流位相差が最小と
なるようにした場合に最も効果的となる。図１０は上記
位相差と導体損失との関係について示している。ここで
隣接線路間の電流位相差が０°の時、共振エネルギーの
保持に最も有効となり、位相差が±９０°の時、無効電
流によって導体損失の低減効果が無くなる。ここで無効
電流とは、共振器の磁界から位相のずれた電流（密度）
であり、伝送には寄与しない。上記電流位相差がさらに
大きくなって、±１８０°となれば、共振エネルギー自
体を低減させる方向に作用してしまう。したがって略±
４５°の範囲を有効領域とすることができる。

【００３６】ここで、多重スパイラル線路による平面回
路型低損失共振器の設計に関する基本的な考え方をまと
めると、次のように表せる。

【００３７】(1) 合同パターンである複数の線路を互い
に絶縁された状態で回転対称状に配置する。このことに
より、線路の物理長、電気長、および共振周波数がすべ
て一致する。また、基板界面上の等位相線が同心円状に
分布する。そのため、電磁気的に見て、縁端部の無いモ
ードとなり、縁端効果による電力損失を効果的に抑圧す
ることができる。

【００３８】(2) 線路上の任意の点において、最短距離
にある左右の隣接線路との位相差が最小となるようにす
る。但し、線路幅と線路間の間隙を略一定とし、急なベ
ンド部を設けない。線路幅と線路間の間隙をできる限り
小さくする。また、１本の線路が曲がって、それ自身で
隣接しないようにする。

【００３９】このことにより、線路の間隙に発生する電
界ベクトルおよび通り抜ける磁束密度が小さくなり、線
路の間隙を伝搬する電力による損失が低減される。すな
わち線路１本ずつのミクロなスケールでの縁端効果の抑
圧にも有効となる。

【００４０】(3) 線路の幅を表皮深さ程度またはそれ以
下にする。このことにより、線路の左右の端部から磁界
侵入が互いに干渉し、有効電流の流れる導体断面積が増
大し、線路に流れる無効電流が減少し、導体損失が低減
する。

【００４１】次に、この発明の第１の実施形態であるフ
ィルタの構成を図１１〜図１６を参照して説明する。図
１１は上記多重スパイラル線路部分の拡大平面図であ
る。ここで多重スパイラル線路２の配置領域の中央部
に、多重スパイラル線路２との結合用の電極である結合
パッド９を形成している。多重スパイラル線路２の各々
の線路は合同であり、互いに交差しないように、基板上
の所定点を中心とする回転対称位置にそれぞれ配置して
いて、上記所定点を中心とする円形の結合パッド９を、
線路２に接しないように設けている。したがって、多重
スパイラル線路２の各々の内周端と結合パッド９との間
に同一の静電容量が生じ、それぞれ等しく静電容量で結
合する。この多重スパイラル線路による共振器と結合パ
ッド９との結合係数は、結合パッド９の半径、結合パッ
ド９と多重スパイラル線路の内周端との間隙により定ま
る。したがって、フィルタの設計に応じた結合係数が得
られるように、結合パッド９の半径と上記間隙を定め
る。

【００４２】図１２はフィルタ全体の斜視図である。図
１２において１はアルミナセラミック基板やガラスエポ
キシ基板などからなる誘電体基板であり、その上面に３
組の多重スパイラル線路を形成している。その３組の多
重スパイラル線路のうち両側の多重スパイラル線路の配
置領域の中央部に、結合パッド９ａ，９ｂをそれぞれ形
成している。さらに誘電体基板１の上面にはボンディン
グパッド１０ａ，１０ｂを形成している。この誘電体基
板１の下面には略全面のグランド電極３を形成してい
る。また図１２において、６は絶縁体または誘電体の基
板であり、その上面から端面を経て下面に延びる入出力
端子１２ａ，１２ｂを形成している。この基板６の下面
には入出力電極１２ａ，１２ｂの形成領域を避けて略全
面にグランド電極３を形成している。

【００４３】上記誘電体基板１は基板６の上面に接着固
定している。結合パッド９ａ，９ｂとボンディングパッ
ド１０ａ，１０ｂとの間は、それぞれボンディングワイ
ヤー１１によりワイヤーボンディングしている。また基
板６の入出力端子１２ａ，１２ｂの上面と誘電体基板１
のボンディングパッド１０ａ，１０ｂとの間もボンディ
ングワイヤー１１によりワイヤーボンディングしてい
る。基板６の上面には、誘電体基板１およびボンディン
グワイヤー部分を覆うように、金属製キャップ１３を絶
縁性の接合材により接合している。これにより全体を電
磁界シールドしている。 なお、図においてはキャップ
１３を透視して描いている。

【００４４】以上に示した構成により、結合パッド９ａ
はその周囲の多重スパイラル線路と静電容量で結合（以
下単に「容量結合」と言う。）し、その多重スパイラル
線路は隣接する多重スパイラル線路と誘導的に結合し、
さらにこれに隣接するもうひとつの多重スパイラル線路
との間も誘導的に結合する。この３段目の多重スパイラ
ル線路は、その中央部の結合パッド９ｂと容量結合す
る。入出力端子１２ａ，１２ｂは結合パッド９ａ，９ｂ
と導通しているため、結局、入出力端子１２ａ−１２ｂ
間が３段の共振器による帯域通過特性を示すフィルタと
して作用する。

【００４５】なお、誘電体基板１上のボンディングパッ
ド１０ａ，１０ｂを中継せずに結合パッド９ａ，９ｂと
入出力端子１２ａ，１２ｂとの間を直接ワイヤーボンデ
ィングしてもよい。また結合パッド９ａ，９ｂは多重ス
パイラル線路との容量結合のための電極であるが、初段
または終段の共振器以外の共振器としての多重スパイラ
ル線路にも、その中央部に結合パッドを形成して、各段
の共振器の共振周波数を所定値に定めるようにしてもよ
い。

【００４６】さらに図１２に示した例では、初段と終段
のいずれの共振器についても結合パッド９ａ，９ｂを用
いて入出力と共振器との結合をとるようにしたが、いず
れか一方の共振器を構成する多重スパイラル線路の外周
部に容量結合用の電極を形成するようにしてもよい。

【００４７】図１３〜図１６は、多重スパイラル線路と
結合パッドとの結合部分の幾つかの異なる例を示すもの
である。図１３は、結合パッド９と多重スパイラル線路
２の内周端との間の静電容量を大きく確保できるよう
に、結合パッド９の形状を円形から変形させた例であ
る。（Ａ）に示す例では、結合パッド９を歯車状にし
て、多重スパイラル線路２の内周端との間隔を狭めてい
る。さらに（Ｂ）に示す例では、結合パッド９を、直流
的には非導通状態で、多重スパイラル線路２を構成する
各線路の隣接する線路間にまで入り込ませた形状として
いる。これにより結合容量をさらに稼ぐことができる。

【００４８】図１４に示す例では、結合パッド９の周囲
で、且つ多重スパイラル線路の内周端付近に誘電体膜１
４を設けている。この構造により、結合パッド９と多重
スパイラル線路２の内周端の端面間での静電容量が増し
て結合容量が増大する。なお、この例では、多重スパイ
ラル線路の内周端と結合パッドとの間隙部分にのみ誘電
体膜１４を形成したが、誘電体膜は多重スパイラル線路
の形成領域の全体または基板の全面に形成してもよい。

【００４９】図１５に示す例では、誘電体膜１４を多重
スパイラル線路２の内周端付近を一部覆う円形のパター
ンに形成し、その表面にさらに結合パッド９を設けたも
のである。この構造によれば、多重スパイラル線路２の
内周端付近と結合パッド９との層間に誘電体が介在する
ことになるため、大きな静電容量が確保できる。

【００５０】図１６に示す例では、基板上に円形の結合
パッド９を先ず形成し、その円周部分に沿って誘電体膜
１４をリング状に形成し、さらに基板上に、各線路の内
周端が誘電体膜１４を介して結合パッド９の一部にかか
るように多重スパイラル線路２を形成している。この構
造によっても、結合パッド９と多重スパイラル線路２の
内周端との層間に誘電体膜が介在するため大きな結合容
量が得られる。

【００５１】次に、第２の実施形態に係るフィルタの構
成を図１７を参照して説明する。図１７において１は誘
電体基板であり、その上面に３組の多重スパイラル線路
を形成している。両側の多重スパイラル線路の中央部に
は結合パッド９ａ，ｂを形成していて、外周端の一部に
近接する位置にボンディングパッド１０ａ，１０ｂを形
成している。この誘電体基板１の下面には略全面にグラ
ンド電極３を形成している。６は絶縁体または誘電体の
基板であり、上面から端面を経て下面の一部にかけて入
出力端子１２ａ，１２ｂを形成している。またこの入出
力端子１２ａ，１２ｂの形成領域を避けて下面の略全面
にグランド電極３を形成している。誘電体基板１は基板
６に対して接着固定している。さらに基板６の上部には
誘電体基板１およびボンディングワイヤー部分を覆う金
属製のキャップ１３を被せている。

【００５２】図１２に示した例とは異なり、ここでは、
結合パッド９ａと９ｂとの間をボンディングワイヤー１
１でワイヤーボンディングしている。 またボンディン
グパッド１０ａ，１０ｂと入出力端子１２ａ，１２ｂの
上面との間もボンディングワイヤー１１でワイヤーボン
ディングしている。上記結合パッド９ａ，９ｂはそれぞ
れの周囲の多重スパイラル線路の内周端付近との間でそ
れぞれ容量結合し、ボンディングパッド１０ａ，１０ｂ
はそれらに近接する多重スパイラル線路の外周端付近と
容量結合する。したがって１段目と３段目の共振器が容
量性リアクタンスを介して飛び結合する。これにより所
定の周波数に減衰極を生じさせる。

【００５３】なお、図１７に示した例では、結合パッド
９ａ，９ｂを飛び結合のために用い、結合用電極を兼ね
るボンディングパッド１０ａ，１０ｂを外部との入出力
のために用いたが、この２つのボンディングパッド１０
ａ，１０ｂ間をワイヤーボンディングし、結合パッド９
ａ，９ｂと入出力端子１２ａ，１２ｂとの間をワイヤー
ボンディングしてもよい。また１段目と３段目の共振器
のうち一方の共振器については、結合パッドを飛び結
合、ボンディングパッドを入出力のための結合に用い、
他方の共振器については、結合パッドを入出力に用い、
ボンディングパッドを飛び結合のために用いてもよい。

【００５４】次に、第３の実施形態に係るフィルタの構
成を図１８を参照して説明する。図１８において１は誘
電体基板、１６は上部基板であり、誘電体基板１の図に
おける上面に３組の多重スパイラル線路を配列し、その
初段と終段の共振器となる多重スパイラル線路の中央部
に結合パッド９ａ，９ｂを形成している。また、この誘
電体基板１の端面から下面にかけて入出力端子１２ａ，
１２ｂを形成していて、この入出力端子１２ａ，１２ｂ
の形成領域を避けて端面および下面にグランド電極３を
形成している。さらにこの誘電体基板１には、結合パッ
ド９ａ，９ｂと入出力端子１２ａ，１２ｂの下面におけ
る端部付近との間を電気的に導通させるスルーホール１
５ａ，１５ｂを形成している。

【００５５】上部基板１６は誘電体または絶縁体の基板
であり、その端面と図における上面に全面のグランド電
極３を設けている。誘電体基板１と上部基板１６とを図
における矢印で示すように積層することにより、３組の
多重スパイラル線路を２つの基板の間に挟みこむととも
に、その周囲をグランド電極３で覆った構造とする。こ
の構造により、多重スパイラル線路の各線路はストリッ
プラインとして作用する。結合パッド９ａ，９ｂはスル
ーホール１５ａ，１５ｂを介して入出力端子１２ａ，１
２ｂに導通しているため、入出力端子１２ａ−１２ｂ間
が３段の共振器からなる帯域通過特性を示すフィルタと
して作用する。

【００５６】次に、第４の実施形態に係るフィルタの構
成を図１９を参照して説明する。図１９において１は誘
電体基板、１６は上部基板である。誘電体基板１の図に
おける上面には３組の多重スパイラル線路を配列し、そ
の初段と終段の共振器となる多重スパイラル線路の中央
部に結合パッド９ａ，９ｂを形成している。この結合パ
ッド９ａ，９ｂの上面には半田等の導電性のバンプ１７
ａ，１７ｂを設けている。また、この誘電体基板１の端
面および下面に略全面のグランド電極３を設けている。
上部基板１６（実際には実装基板への実装時には、この
上部基板１６の図における上面が実装面となる。）の図
における上面から端面にかけて入出力端子１２ａ，１２
ｂを形成していて、この入出力端子１２ａ，１２ｂの形
成領域を避けて端面から上面にかけてグランド電極３を
形成している。上部基板１６の図における下面には上記
バンプ１７ａ，１７ｂと接する電極を形成していて、こ
の電極と入出力端子１２ａ，１２ｂの端部付近とを導通
させるスルーホール１５ａ，１５ｂを形成している。

【００５７】上記誘電体基板１と上部基板１６とを重ね
ることにより、上部基板１６の下面の電極と結合パッド
９ａ，９ｂとがバンプ１７ａ，１７ｂを介して導通す
る。これにより入出力端子１２ａ−１２ｂ間が３段の共
振器からなる帯域通過特性を示すフィルタとして作用す
る。

【００５８】次に、結合パッドからの電極の引き出し構
造の他の例を、図２０および図２１を参照して説明す
る。以上に示した例ではボンディングワイヤーまたはス
ルーホールを介して立体的な構造で結合パッドから電極
を引き出すようにしたが、図２０に示す例では、誘電体
基板上に多重スパイラル線路２を形成し、その内周端の
一部を覆い、且つ多重スパイラル線路の形成領域外まで
延びるパターンの誘電体膜１４を形成し、この誘電体膜
１４の表面に結合パッド９およびそこから延びる外周パ
ッド１８を形成している。このような構造により、結合
パッド９は多重スパイラル線路２の内周端付近と容量結
合し、外周パッド１８を入出力端子として、または入出
力端子に導通をとるための中継用の電極として用いる。

【００５９】図２１に示す例では、誘電体基板上にまず
結合パッド９およびそこから延びる外周パッド１８を形
成し、結合パッド９およびそこから外周パッド１８まで
の引き出し部分に誘電体膜１４を覆い、さらにその表面
に多重スパイラル線路２を形成している。このような構
造によって、結合パッド９は多重スパイラル線路２の内
周端付近と容量結合し、外周パッド１８を入出力端子と
して、または入出力端子に導通をとるための中継用の電
極として用いる。

【００６０】図２０および図２１に示したように誘電体
基板表面に、結合パッド９からの電極の引き出し構造を
構成することにより、ボンディングワイヤーを通すため
のスペースを確保する必要がなく、またスルーホールを
設けるための煩雑な工程も不要となる。

【００６１】図２２はデュプレクサの構成を示す図であ
る。ここで、受信フィルタと送信フィルタは上記実施形
態に示したいずれかの構造を採るフィルタである。例え
ば、図１２に示した構成の場合、基板６に送信信号と受
信信号との分岐用線路および入出力端子を設け、この基
板６上に送信フィルタ用の誘電体基板と受信フィルタ用
の誘電体基板を配置し、各フィルタの初段と終段の共振
器の結合パッドと基板６上に設けた分岐線路および入出
力端子とをワイヤーボンディングする。この構造により
送信信号の受信回路への回り込みおよび受信信号の送信
回路への回り込みを防止するとともに、送信回路からの
送信信号を送信周波数帯域のみ通過させてアンテナへ導
き、アンテナからの受信信号を受信周波数帯域のみ通過
させて受信機へ与える。

【００６２】図２３は通信装置の構成を示すブロック図
である。ここでデュプレクサとしては上記構成のものを
用いる。回路基板上には送信回路と受信回路を構成し、
ＴＸ端子に送信回路が接続され、ＲＸ端子に受信回路が
接続され、且つＡＮＴ端子にアンテナが接続されるよう
に、上記回路基板上にデュプレクサを実装する。

【００６３】

【発明の効果】請求項１，２，３に記載の発明によれ
ば、線路の縁端部における電流集中が極めて効率的に緩
和されて、全体の電力損失が抑制される。しかも、複数
の線路の配置領域の中央部に形成した結合パッドは、そ
の複数の線路のすべての線路と等しく容量結合するた
め、各線路の共振周波数はすべて揃うことになり、より
小さな損失で結合をとることができる。

【００６４】請求項４に記載の発明によれば、結合パッ
ドと線路とを実質上同じ工程で基板上に形成することが
でき、その製造が容易となる。

【００６５】請求項５に記載の発明によれば、結合パッ
ドと各線路との間に生じる静電容量が大きくなり、強く
容量結合できるようになる。また、必要な静電容量を確
保するための結合パッドが小さくなり、その結果、フィ
ルタ設計上の自由度が高まる。

【００６６】請求項６に記載の発明によれば、複数の線
路を形成した基板と、信号入出力端子を設けた基板とを
積層するだけで、結合パッドと入出力端子との電気的接
続を確保できるようになり、全体に限られた空間内にフ
ィルタを構成することで小型化が図れる。

【００６７】請求項７に記載の発明によれば、低挿入損
失で小型のデュプレクサが得られる。

【００６８】さらに、請求項８に記載の発明によれば、
上記フィルタを高周波信号の送受信部に用いることによ
り、送受信部における挿入損失が低減されて、雑音特
性、伝送速度等の通信品質が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】多重スパイラル線路による共振器の構成を示す
図

【図２】同線路のパターンを極座標から直角座標に変換
して表した図

【図３】共振器の電磁界分布の例を示す図

【図４】他の共振器の電磁界分布の例を示す図

【図５】線電流源のつくる磁界分布の解析モデル

【図６】２つの解析モデルにおける磁界密度分布を示す
図

【図７】同モデルにおける磁界振幅のｘ成分の分布を示
す図

【図８】同モデルにおける磁界振幅のｙ成分の分布を示
す図

【図９】ｘ方向位置における磁界のｙ成分の強度を示す
図

【図１０】隣接する線路間の電流位相差とエネルギー蓄
積の有効領域等との関係を示す図

【図１１】第１の実施形態に係るフィルタで用いる多重
スパイラル線路形成部分の構成を示す図

【図１２】同フィルタの斜視図

【図１３】結合パッドの他の形状の例を示す図

【図１４】結合パッドと多重スパイラル線路との結合部
分の他の構造を示す図

【図１５】結合パッドと多重スパイラル線路との結合部
分の他の構造を示す図

【図１６】結合パッドと多重スパイラル線路との結合部
分の他の構造を示す図

【図１７】第２の実施形態に係るフィルタの斜視図

【図１８】第３の実施形態に係るフィルタの斜視図

【図１９】第４の実施形態に係るフィルタの斜視図

【図２０】結合パッドからの電極引出し構造の他の例を
示す図

【図２１】結合パッドからの電極引出し構造の他の例を
示す図

【図２２】デュプレクサの構成を示す図

【図２３】通信装置の構成を示すブロック図

【符号の説明】

１−誘電体基板 ２−多重スパイラル線路 ３−グランド電極 ５−外部結合電極 ６−基板 ９−結合パッド １０−ボンディングパッド １１−ボンディングワイヤー １２−入出力端子 １３−キャップ １４−誘電体膜 １５−スルーホール １６−上部基板 １７−バンプ １８−外周パッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿部 眞 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 Ｆターム(参考） 5J006 HB03 HB13 HB22 JA01 JA05 JA16 KA01 LA02 NA04 NB03 NC02 PA01 PA10

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれスパイラル状の複数の線路の両
   端を、基板上の所定点の周囲で前記集合体の実質的な内
   周上と外周上とにそれぞれ分布させて、前記複数の線路
   を互いに交差しないように配置して成る共振器と、前記
   複数の線路の配置領域の中央部に、該複数の線路に静電
   容量で結合する結合パッドを形成したフィルタ。
2. 【請求項２】 それぞれスパイラル状の複数の線路を、
   互いに交差しないように、基板上の所定点を中心とする
   回転対称位置にそれぞれ配置して成る共振器と、前記複
   数の線路の配置領域の中央部に、該複数の線路に静電容
   量で結合する結合パッドを形成したフィルタ。
3. 【請求項３】 各線路が、一方の軸を角、他方の軸を動
   径とする極座標表現において単調増加または単調減少す
   る線で表される、基板上に配置された複数の線路の集合
   体であり、各線路の線幅が２πラジアンを線数で割った
   値以内の角幅に収まり、前記集合体全体が任意の動径に
   おいて常に２πラジアン以内の角幅に納まるように、各
   線路を基板上に配置して成る共振器と、前記複数の線路
   の配置領域の中央部に、該複数の線路に静電容量で結合
   する結合パッドを形成したフィルタ。
4. 【請求項４】 前記結合パッドを、前記複数の線路の形
   成面と同一面に形成した請求項１、２または３に記載の
   フィルタ。
5. 【請求項５】 前記結合パッドを、前記複数の線路の一
   部に重なる範囲に設け、且つ該複数の線路との間に誘電
   体を介在させた請求項１、２または３に記載のフィル
   タ。
6. 【請求項６】 前記基板上に積層する他の基板に信号入
   出力端子を設け、該信号入出力端子に導通する電極と前
   記結合パッドとをバンプを介して接続した請求項１〜５
   のうちのいずれかに記載のフィルタ。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のうちいずれかに記載のフ
   ィルタを送信フィルタもしくは受信フィルタとして、ま
   たはその両方のフィルタとして用いたデュプレクサ。
8. 【請求項８】 請求項１〜６のうちいずれかに記載のフ
   ィルタまたは請求項７に記載のデュプレクサを備えた通
   信装置。